비드 온 플레이트(BOP) 용접

CO₂레이저-GMAW 하이브리드 용접을 이용한 9% Ni Steel 의 맞대기 용접 용입 특성을 파악하기 위해 예비 실험을 하였다.

시험편은 12mm 두께의 9% Ni Steel 200mm(W) X 180mm(L)로 상부 표면에 200mm 길이방향으로 CMT-08 와이어를 이용해 하이브리드 용접을 실시하였다. CO₂레이저 -GMAW 하이브리드 용접으로 실험계획으로 3가지 변수를 채택하여 진행하였다.

첫째, 전류에 따른 영향 둘째, 용접속도에 따른 영향, 셋째,I-BUTT JOINT GAP 에 따른 영향으로 구별하여 EN ISO13919-1 Bead Quality level로 TOP BEAD와 BOTTOM BEAD 측정하여 최적조건을 찾는 실험을 진행하였다.

Table. 3.1 The effect of current on bead profiles in laser-arc hybrid welds

Welding

current

220A 250A 300A

Top bead

Bottom bead

가. 전류에 따른 영향

전류의 세기에 변화를 주어 용접부에 대한 EN ISO13919-1 Bead Quality level 평가를 시행하였다. 전류의 변화는 220A, 250A, 300A 로 용접을 수행 하였으며, 각각의 전류 변화에 따른 표면 비드와 루트 비드 형상을 관찰하였다. 입열량 증가 에 따라 용입성 증가로 백비드의 높이가 높아졌으며, 전류 변화에 따른 비드형상 은 아래 Table 3.1에 나타내었다.

나. 이송속도에 따른 영향

이송속도에 변화를 주어 용접비드 형상을 비교하여 고찰하였다. 이송속도의 변 화는 0.5m/min , 1m/min 으로 용접을 수행 하였으며, 이송속도 변화에 따른 용입 상태 및 비드형상에 대해 확인 하였다.

이송속도 0.5m/min일 때는 상대적으로 입열량이 과다하여 용입량이 많아 루트비 드 쪽으로 용입이 초과되는 형상을 보였고, 1m/min 일때는 반대로 용입량이 적어 두께까지 용접이 되지 않았다. 이송속도 변화에 따른 비드형상과 단면사진은 아래 Table 3.2에 나타내었다.

Table. 3.2 The effect of travel speed on bead profiles in laser-arc hybrid welds

Travel

speed

0.5m/min 1.0m/min

Top bead

Bottom bead

Cross section

Table. 3.3 Top bead and bottom bead view with gap in laser-arc hybrid welds

Gap

(a) Gap 0~ 2mm (b) Gap 0mm (c) Gap 1mm

Top bead

Bottom bead

다. Gap에 따른 영향

레이저 용접에서는 I-butt 용접에서 Joint Gap을 0mm로 하여 모재와 모재사이 열원을 주사하여 용접을 실시한다. 레이저-아크 하이브리드 용접 에서는 와이어를 사용하기에 적당한 Gap은 적절한 비드 형성에 좋은 영향을 나타내었다. 적당한 Gap을 찾기 위해 Fig 3.3(a) 0~2mm까지 사선모양의 Gap으로 실험하였고, 레이저 용접조건과 동일한 Gap인 Fig 3.3(b) 0mm, 그리고 0~2mm 실험 구간에서 가장 좋은 비드를 나타난 1mm 구간을 확인 하고 Gap Fig 3.3(c) 1mm 실험을 진행하였다.

1mm의 일정한 Gap에서 용접을 시행하였을 때 EN ISO13919-1 Bead Quality Level 에서 B Grade로 적절한 비드가 형성되었다. Table 3.3에 Gap의 변화에 따른 비드 형상을 나타내었다.

라. EN ISO 13919-1 에 의한 품질평가

레이저-아크 하이브리드 용접시 전류와, 이송속도, 갭을 실험 변수로 하여 예비 실험을 진행한 후, 생산성을 고려하여 이 중 가장 큰 영향을 주는 이송속도에 변 화를 주었다. 먼저 0.5m/min ,1.0m/min ,1.5m/min의 3가지 이송속도로 실험을 진 행하였다. 각각의 시험편을 EN ISO 13919-1에 나타난 평가항목 조건에 따라 비 드, 언더컷, 여성고, 불완전용입, 크랙, 어긋남 등을 평가하였다. Table 3.4에 측 정 수치와 등급을 나타내었다.

이 중 모든 항목에서 전체적인 등급 B를 나타내는 시편이 나오지 않아 B등급이 상대적으로 많이 나온 구간을 확인하여 0.575m/min , 0.625m/min , 0.75m/min의 3가지 이송속도로 실험을 진행하였다. 그리고 각각의 시험편을 위와 동일하게 EN ISO 13919-1에 나타난 조건에 따라 품질평가를 하였다. Table 3.5에 측정 수치와 등급을 나타내었다.

상기 실험 중에서 9% 니켈강 레이저-아크 하이브리드 용접실험에서 전류 250A , Gap 1mm , 이송속도 0.625 m/min 의 조건에서 모든 평가 항목에서 B 등급을 얻을 수 있었다.

Table. 3.4 Evaluation of quality levels in laser-arc hybrid welds with travel speed by EN ISO 13919-1

Travel Speed 0.5m/mim 1.0m/mim 1.5m/mim

Top Bead

Bottom Bead

Continuous undercut

h(mm) 1mm 0mm 0mm

Level B B B

Excess weld metal

h(mm) b(mm)

h:4mm

b:15mm x x

Level D D D

Excessive penetration

h(mm) 4mm -2mm -3mm

Level D D D

Cracks

h(mm) 0mm 0mm 0mm

Level B B B

Incomplete penetration

h(mm) x 2mm 4mm

Level D D D

Linear misalignment

h(mm) 2mm 1mm 0mm

Level B B B

Table. 3.5 Evaluation of quality levels in laser-arc hybrid welds with travel speed by EN ISO 13919-1

Travel speed 0.575m/mim 0.625m/mim 0.75m/mim

Top bead

Bottom bead

Continuous undercut

h(mm) 1mm 0mm 0mm

Level B B B

Excess weld metal

h(mm) b(mm)

h:4mm b:15mm

h:2mm

b:3mm x

Level D B D

Excessive penetration

h(mm) 4mm 2mm -3mm

Level D B D

Cracks

h(mm) 0mm 0mm 0mm

Level B B B

Incomplete penetration

h(mm) x 0mm 3mm

Level D B D